Квантово-каскадные лазеры: исследования в области оптики
Современная лазерная оптика стоит на пороге значительных достижений благодаря исследованиям в области квантово-каскадных лазеров (ККЛ). В недавнем исследовании ученые изучили, как генерировать короткие лазерные импульсы с помощью когерентной синхронизации мод в ККЛ с быстрым временем релаксации. Это открытие может привести к новым возможностям в сверхбыстрой оптике, обеспечивая более надежные и мощные лазеры для различных приложений.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
- Павел Журавлев
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Новый суперкомпьютер: революция в вычислительных технологиях России
Холдинг «Росэлектроника» (входит в состав государственной корпорации «Ростех») вместе с Российской академией наук (РАН) представляет новый амбициозный проект –...
За сломанную турбину Шольца счет выставили Газпрому
Австрийская OMV хочет взыскать с российской компании 230 миллионов евро за недопоставки газа...
США хотят отрезать «Газпромбанк» от SWIFT
Согласно сообщениям различных средств массовой информации, США намереваются ввести новые санкции против одного из крупнейших государственных банков России –...
«Мерседес» и «БМВ» тихо скребутся в российскую дверь
Немецкие автопроизводители явно хотят обратно на наш рынок, но фарш невозможно прокрутить назад...
Подруга Собчак пытается замять скандал с винзаводом в Севастополе
Фирма клянётся снять с продажи всё вино с русофобскими этикетками. Цинизм ситуации - прославлять британцев, когда их ракеты бомбят Крым!...
Паровоз без машиниста: РЖД покидают люди основной профессии
Главная причина нехватки кадров на «железке" — низкие зарплаты...
Прокуратура разобралась с производителями молочной продукции в РФ
В последнее время цены на молочную продукцию в России стали предметом серьезного обсуждения и общественного недовольства. Генеральная прокуратура страны...
Газовая лихорадка докатилась до Альп: Австрию начинает трясти вслед за ФРГ
Разрушенная европейцами система поставок российского топлива привела рынок к неопределенности...
Производство российских лифтов нового поколения стартовало в Петербурге
В Санкт-Петербурге запустили серийное производство российских лифтов. Это значимое событие в истории отечественного лифтостроения....
Курс доллара в России выше 100 рублей – в чем причины?
На этой неделе курс доллара на внебиржевых торгах преодолел отметку в 100 рублей – такой уровень не наблюдался с октября 2023 года. Эта динамика в значительной...
Из списка «Форбс» — в банкроты: 600 авто и элитное вино до добра не доведут
Долговая яма — еще не самый худший вариант для тех, кто вчера ворочал миллиардами...
МС-21: новое поколение российских самолётов готовится принимать пассажиров
Мишустин заявил, что в 2025г ожидается завершение сертификации флагманского самолета МС-21 и начало его поставок в авиакомпании...
Термоядерная реакция в Провансе. Могут ли у России отнять токамак
«Росатом» в состоянии применить такие антисанкции, которых никто не хочет на себе испытывать...
В современных технологиях мы отстали навсегда
Россия презентовала суперкомпьютер нового поколения. Пора замахнуться и на бытовые?...
Американский бандитизм 90-х в Арктике подошёл к концу
Россия скоро получит права на 70% шельфа с возможностью добычи нефти и газа....
США перестанет «топить» свои АЭС российским ураном
Правительство Российской Федерации приняло важное решение, касающееся экспорта обогащенного урана в США. Сообщается, что постановление о введении временных...